第1章半導(dǎo)體及緒言

1、模擬電子模擬電子技術(shù)技術(shù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)主講：林主講：林 華華自動化學(xué)院自動化學(xué)院 電子教學(xué)中心電子教學(xué)中心聯(lián)系方式：聯(lián)系方式mail: 1. 模擬電子技術(shù)課程的性質(zhì)模擬電子技術(shù)課程的性質(zhì) 是一門電類專業(yè)基礎(chǔ)課，電子電路中的是一門電類專業(yè)基礎(chǔ)課，電子電路中的“磚磚”和和“瓦瓦”就是基本的就是基本的單元電路單元電路, , 同時也為后續(xù)課同時也為后續(xù)課程打基礎(chǔ)。程打基礎(chǔ)。2. 特點(diǎn)特點(diǎn) 理論性強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)基本概念、基本原理和基本理論性強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)基本概念、基本原理和基本分析方法；分析方法； 實(shí)踐性強(qiáng)實(shí)踐性強(qiáng), , 通過實(shí)驗(yàn)課提高電子技術(shù)方面通過實(shí)驗(yàn)課提高電子技術(shù)方

2、面的動手能力；的動手能力； 以工程的觀點(diǎn)來處理電路中的一些問題以工程的觀點(diǎn)來處理電路中的一些問題, ,抓抓主要矛盾，忽略次要矛盾，用實(shí)際觀點(diǎn)分析問題，主要矛盾，忽略次要矛盾，用實(shí)際觀點(diǎn)分析問題，允許有一定的誤差（允許有一定的誤差（1010工程誤差）工程誤差） 理論、實(shí)踐并重理論、實(shí)踐并重5. 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法 重點(diǎn)掌握基本概念、基本電路、基本分析方重點(diǎn)掌握基本概念、基本電路、基本分析方法。以聽課為線索法。以聽課為線索 ，建立工程的觀點(diǎn)和實(shí)踐的，建立工程的觀點(diǎn)和實(shí)踐的觀點(diǎn)，特別注意電路原理在電子電路分析中的觀點(diǎn)，特別注意電路原理在電子電路分析中的應(yīng)用。應(yīng)用。3. 研究內(nèi)容研究內(nèi)容 以器件為基礎(chǔ)、

3、以信號為主線，研究各種模擬以器件為基礎(chǔ)、以信號為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。電子電路的工作原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。4. 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基本實(shí)驗(yàn)技能；具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接收新基本實(shí)驗(yàn)技能；具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接收新器件的能力，將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。器件的能力，將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。v模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）（第三版） 童詩白、華成英童詩白、華成英 主編主編 高等教育出版社高等教育出版社v電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分模擬部分 （第四版）（第四版） 康華

4、光康華光 主編主編 高等教育出版社高等教育出版社v模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程 （第二版）（第二版） 楊素行楊素行 主編主編 高等教育出版社高等教育出版社v模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問答問答例題例題試題試題 陳大欽陳大欽 主編主編 華中理工大學(xué)出版社華中理工大學(xué)出版社6.主要參考書目主要參考書目. l47年年 貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管l58年年 集成電路集成電路l69年年 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路l75年年 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路u第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個晶體管，而個晶體管，而97年一片集年一片集成電路上有成電

5、路上有40億個晶體管。科學(xué)家預(yù)測集成度按億個晶體管。科學(xué)家預(yù)測集成度按10倍倍/6年的速度還將繼續(xù)到年的速度還將繼續(xù)到2015或或2020年，將達(dá)年，將達(dá)到飽和。到飽和。.模擬電路：研究模擬信號的電路模擬電路：研究模擬信號的電路數(shù)字電路：研究數(shù)字信號的電路數(shù)字電路：研究數(shù)字信號的電路模擬信號：在時間和幅值上均是連續(xù)的信號模擬信號：在時間和幅值上均是連續(xù)的信號典型代表：正弦波典型代表：正弦波數(shù)字信號：在時間和幅值上是不連續(xù)的數(shù)字信號：在時間和幅值上是不連續(xù)的、突變的突變的信號信號典型代表：方波，脈沖波典型代表：方波，脈沖波2. 電子電路電子電路分立元件電路分立元件電路集成電路集成電路3. 電子電

6、路的應(yīng)用：電子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相結(jié)合，電子電路的應(yīng)用：電子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相結(jié)合，應(yīng)用在生產(chǎn)應(yīng)用在生產(chǎn)、生活生活、科研等領(lǐng)域?？蒲械阮I(lǐng)域。1. 電子器件電子器件例如例如 VCD，即是一個電子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相結(jié)合的，即是一個電子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例。應(yīng)用實(shí)例。VCD激光傳感技術(shù)激光傳感技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)精密機(jī)械技術(shù)電控系統(tǒng)（電子系統(tǒng)）電控系統(tǒng)（電子系統(tǒng)）三三. 模電研究的核心：模電研究的核心：放大電路放大電路四四. 對前面課程的要求對前面課程的要求 1. 信號的表達(dá)方式（參見常用符號表）信號的表達(dá)方式（參見常用符號表） 小寫字母、大寫下標(biāo)表示總小寫字母、大寫下標(biāo)表示總量（含交、直量（含交、直

7、流）。如流）。如vCE、iB等。等。 大寫字母、大寫下標(biāo)表示大寫字母、大寫下標(biāo)表示直流量。如直流量。如VCE、IC等。等。 小寫字母、小寫下標(biāo)表示純小寫字母、小寫下標(biāo)表示純交流量。如交流量。如vce、ib等。等。 上方有圓點(diǎn)的大寫字母、小寫下標(biāo)表示相上方有圓點(diǎn)的大寫字母、小寫下標(biāo)表示相量。量。如如 、 等。等。ceVbI2 . 電阻的串并聯(lián)，電壓分壓，電流分流電阻的串并聯(lián)，電壓分壓，電流分流3 . 戴維南定理及諾頓定理及其相互轉(zhuǎn)換戴維南定理及諾頓定理及其相互轉(zhuǎn)換4 . 電路中的電位電路中的電位5 . 受控電源受控電源6 . 交直流計(jì)算問題交直流計(jì)算問題7 . KVL KCL4 模擬信號運(yùn)算與處

8、理電路模擬信號運(yùn)算與處理電路2 放大電路基礎(chǔ)放大電路基礎(chǔ)1 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件3 模擬集成運(yùn)算放大器模擬集成運(yùn)算放大器5 反饋放大電路反饋放大電路6 信號產(chǎn)生電路信號產(chǎn)生電路7 功率放大電路功率放大電路8 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源五五. 章節(jié)安排章節(jié)安排六六 . 考察方法考察方法u 1. 會看：定性分析會看：定性分析 u 2. 會算：定量計(jì)算會算：定量計(jì)算u 3. 會選：電路形式、器件、參數(shù)會選：電路形式、器件、參數(shù) u 4. 會調(diào)：測試方法、儀器選用、會調(diào)：測試方法、儀器選用、EDAu 1. 卷面成績：卷面成績：80%u 2. 平時成績：平時成績：20% 關(guān)于作業(yè) 每周每周上課前交作業(yè)！

9、課代表收齊后交到講臺作業(yè)要認(rèn)真完成，老師每次檢查完成情況并登記。 凡作業(yè)抄襲者一經(jīng)發(fā)現(xiàn)從嚴(yán)扣分關(guān)于答疑 電電 子子 元元 器器 件件 基基 本本 放放 大大 電電 路路運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器應(yīng)用電路應(yīng)用電路模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路電子技術(shù)電子技術(shù)典型應(yīng)用：手機(jī)典型應(yīng)用：手機(jī)基站基站手機(jī)接收手機(jī)接收器器A/DCPUD/A 喇叭喇叭1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管40年代晶體管年代晶體管第二代電子器件第二代電子器件60年代中、小規(guī)模集成電路年代中、小規(guī)模集成電路第三代電子器件第三代電子器件

10、大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路第四代電子器件第四代電子器件超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路第五代電子器件第五代電子器件20年代真空管年代真空管第一代電子器件第一代電子器件電子技術(shù)發(fā)展的歷史電子技術(shù)發(fā)展的歷史電子技術(shù)的發(fā)展離不開半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展電子技術(shù)的發(fā)展離不開半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展物質(zhì)按其導(dǎo)電性能可分為：物質(zhì)按其導(dǎo)電性能可分為：導(dǎo)體導(dǎo)體，絕緣體絕緣體，半導(dǎo)體半導(dǎo)體 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。主要有主要有硅、鍺、硒和大多數(shù)金屬氧化物及硫化物硅、鍺、硒和大多數(shù)金屬氧化物及硫化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨外界條件的改

11、變而發(fā)生很大的變化半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨外界條件的改變而發(fā)生很大的變化1.1.1 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體各種半導(dǎo)體的典型特性：各種半導(dǎo)體的典型特性：溫度溫度 ，導(dǎo)電能力，導(dǎo)電能力熱敏元件熱敏元件光照，導(dǎo)電能力光照，導(dǎo)電能力光敏元件光敏元件滲入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力滲入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力二極管、三極管二極管、三極管1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體 純凈的半導(dǎo)體一般都具有晶體結(jié)構(gòu)純凈的半導(dǎo)體一般都具有晶體結(jié)構(gòu)常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，它們常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，它們原子的最外層都原子的最外層都有四個價(jià)電子有

12、四個價(jià)電子，稱為四價(jià)元素，稱為四價(jià)元素+14在硅或鍺構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)中，在硅或鍺構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)中，每個原子與相鄰的四每個原子與相鄰的四個原子結(jié)合，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)個原子結(jié)合，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能容易突變的原因半導(dǎo)體導(dǎo)電性能容易突變的原因共價(jià)鍵中的價(jià)電子不是很穩(wěn)定（容易被激發(fā)）共價(jià)鍵中的價(jià)電子不是很穩(wěn)定（容易被激發(fā)）SiSiSiSi在一定條件下（如光照或溫度升高）在一定條件下（如光照或溫度升高） 共價(jià)鍵中的電子可以掙脫原子核的束縛而成為自共價(jià)鍵中的電子可以掙脫原子核的束縛而成為自由電子由電子 與此同時，晶體共價(jià)鍵一旦失去一個電子，該地方便與此同時，晶體共價(jià)鍵一旦失去一個電子，該地方便會產(chǎn)生一

13、個空位，稱為會產(chǎn)生一個空位，稱為空穴空穴SiSiSiSi自由電子自由電子空穴空穴原子因?yàn)槭ヒ粋€電子而成為帶正電的離子，因此可原子因?yàn)槭ヒ粋€電子而成為帶正電的離子，因此可認(rèn)為認(rèn)為空穴帶正電空穴帶正電。SiSiSiSi自由電子自由電子空穴空穴在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的。在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)的。溫度越高，自由電子和空穴的對數(shù)也越多溫度越高，自由電子和空穴的對數(shù)也越多+ 對半導(dǎo)體施加外電場對半導(dǎo)體施加外電場* *自由電子作定向運(yùn)動，形成電流（自由電子作定向運(yùn)動，形成電流（電子電流電子電流） * * 空穴（帶正電）吸引電子，空穴（帶正電）吸引電子， 鄰近共價(jià)鍵

14、中的價(jià)鄰近共價(jià)鍵中的價(jià) 電子在外電場作用下可填補(bǔ)該空穴。電子在外電場作用下可填補(bǔ)該空穴。SiSiSiSiE E在半導(dǎo)體中，電子電流和空穴電流并存，這也是在半導(dǎo)體中，電子電流和空穴電流并存，這也是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)區(qū)別半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)區(qū)別電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動可看成是空穴沿外電場相電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動可看成是空穴沿外電場相同的方向作定向運(yùn)動，這就是同的方向作定向運(yùn)動，這就是空穴電流空穴電流SiSiSiSiE ESiSiSiSiE E自由電子自由電子和和空穴空穴 統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為 載流子載流子自由電子填補(bǔ)空穴的過程自由電子填補(bǔ)空穴的過程稱為稱為 復(fù)合復(fù)合SiSiSiSiE E1.1

15、.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入微量五價(jià)元素?fù)饺胛⒘课鍍r(jià)元素P PPSiSiSi自由自由 電子濃度大大增加，電子導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式電子濃度大大增加，電子導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式自由電子：多數(shù)載流子自由電子：多數(shù)載流子空穴：少數(shù)載流子空穴：少數(shù)載流子則：則： P P P P+ +一旦多余的價(jià)電子游離一旦多余的價(jià)電子游離P P原子，原子，N型半導(dǎo)體（型半導(dǎo)體（Negative)Negative)PSiSiSi+2、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入微量三價(jià)元素?fù)饺胛⒘咳齼r(jià)元素硼原子硼原子

16、BSiSiSi空穴濃度大大增加，空穴導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式空穴濃度大大增加，空穴導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式自由電子：少數(shù)載流子自由電子：少數(shù)載流子空穴：多數(shù)載流子空穴：多數(shù)載流子B BB BP型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 ( Positive )BSiSiSi 1. 雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度取決于摻雜雜雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度取決于摻雜雜質(zhì)濃度，少子濃度取決于溫度。質(zhì)濃度，少子濃度取決于溫度。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性。雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性。N:電子數(shù)（摻雜電子數(shù)（摻雜+熱激發(fā)）熱激發(fā)）=空穴（熱激發(fā)）空穴（熱激發(fā)）+正離子正離子P:空穴數(shù)（摻雜空穴數(shù)（摻雜+熱激發(fā)）熱激發(fā)）=電子（熱激發(fā)）電子（熱激發(fā)）+負(fù)離子負(fù)離子 結(jié)結(jié) 論論

17、1.1.4 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成將將N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體拼在一起，其交界面處將型半導(dǎo)體拼在一起，其交界面處將形成一個形成一個PN結(jié)結(jié)PNPN內(nèi)電場內(nèi)電場+P P區(qū)空穴濃度大，空穴由區(qū)空穴濃度大，空穴由P P區(qū)向區(qū)向N N區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散，在交界面，在交界面附近的附近的P P區(qū)留下一些負(fù)離子區(qū)留下一些負(fù)離子N N區(qū)電子濃度大，電子由區(qū)電子濃度大，電子由N N區(qū)向區(qū)向P P區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散，在交界面，在交界面附近的附近的N N區(qū)留下一些正離子區(qū)留下一些正離子正負(fù)離子形成空間電荷區(qū)正負(fù)離子形成空間電荷區(qū)PNPN結(jié)結(jié)PN內(nèi)電場內(nèi)電場+內(nèi)電場內(nèi)電場阻止阻止P P區(qū)及區(qū)及N N區(qū)的多數(shù)載流子

18、繼續(xù)擴(kuò)散區(qū)的多數(shù)載流子繼續(xù)擴(kuò)散有利于有利于P P區(qū)及區(qū)及N N區(qū)的少數(shù)載流子的運(yùn)動區(qū)的少數(shù)載流子的運(yùn)動漂移漂移一開始是多數(shù)載流子的擴(kuò)散占主導(dǎo)，最后擴(kuò)散與一開始是多數(shù)載流子的擴(kuò)散占主導(dǎo)，最后擴(kuò)散與漂移形成動態(tài)平衡漂移形成動態(tài)平衡PN內(nèi)電場內(nèi)電場+一、外加正向電壓一、外加正向電壓P區(qū)接電源正極、區(qū)接電源正極、N區(qū)接電源負(fù)極區(qū)接電源負(fù)極 內(nèi)外電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，空間電荷區(qū)變窄內(nèi)外電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，空間電荷區(qū)變窄，多數(shù)載流子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的電流。，多數(shù)載流子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的電流。 I P PN N內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向外電場方向外電場方向PNPN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)

19、， 導(dǎo)通時導(dǎo)通時PNPN結(jié)結(jié)呈低阻呈低阻1.1.5 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦远⑼饧臃聪螂妷憾?、外加反向電壓N區(qū)接電源正極、區(qū)接電源正極、P區(qū)接電源負(fù)極區(qū)接電源負(fù)極0 IPN內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向外電場方向外電場方向 內(nèi)外電場方向相同，內(nèi)電場被加強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬內(nèi)外電場方向相同，內(nèi)電場被加強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬，多數(shù)載流子的擴(kuò)散被阻止，只有由少數(shù)載流子漂移，多數(shù)載流子的擴(kuò)散被阻止，只有由少數(shù)載流子漂移形成的很小的電流形成的很小的電流PN結(jié)處于結(jié)處于截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)， 此此時時PN結(jié)結(jié)呈呈高阻高阻結(jié)論：結(jié)論：PN結(jié)正向?qū)?，結(jié)正向?qū)ǎ聪蚪刂狗聪蚪刂?導(dǎo)通時呈低阻，截止時呈高阻導(dǎo)通時呈低阻

20、，截止時呈高阻PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?I P PN N內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向外電場方向外電場方向如何用萬用表判斷二極管的如何用萬用表判斷二極管的P端，端，N端端三、三、PN結(jié)方程結(jié)方程1 .定義：定義： PN結(jié)兩端的外加電壓和流過結(jié)兩端的外加電壓和流過PN結(jié)的結(jié)的電流電流I之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為PN結(jié)方程。結(jié)方程。2 . PN結(jié)方程：結(jié)方程： 11TSSUUTkUqeIeIIPN正偏正偏(且且 U 大于大于UT幾倍以上幾倍以上)時時TSUUeII PN反偏反偏(且且 U 大于大于UT幾倍以上幾倍以上)時時SII PN結(jié)的伏安特性如下圖所示：結(jié)的伏安特性如下圖所示：ui0TT UB R

21、PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性1.1.6 PN結(jié)的電容特性結(jié)的電容特性PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定由兩方面的因素決定: 一是勢壘電容一是勢壘電容CB 二是擴(kuò)散電容二是擴(kuò)散電容CD 一、一、 勢壘電容勢壘電容CB（Barrier Capacitance）勢壘電容：勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容勢壘電容。 勢壘電容示意圖擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：PN結(jié)正偏時，多結(jié)正偏時，多子擴(kuò)散

22、子擴(kuò)散, ,越過越過PN結(jié)成為另一方結(jié)成為另一方的少子，越靠近的少子，越靠近PN結(jié)濃度越結(jié)濃度越大，即在大，即在P 區(qū)有電子的積累，區(qū)有電子的積累，在在N區(qū)有空穴的積累。正向電區(qū)有空穴的積累。正向電壓增大，積累的電荷多。壓增大，積累的電荷多。這這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容容CD。二、擴(kuò)散電容二、擴(kuò)散電容CD(Diffusion Capacitance)擴(kuò)散電容示意圖 1.2 半導(dǎo)體二極管（半導(dǎo)體二極管（Diode）NPDPN表示符號表示符號PN+1.2.1 二極管的二極管的基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 面接觸面接觸點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鍺鍺硅硅材料材料 NPD陽極陽極陰極陰極（2）U

23、 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，UII1 1、 當(dāng)當(dāng)U 0 0時時 U IPN（1）當(dāng)）當(dāng)U 死區(qū)電壓時，外電場不足以削弱內(nèi)電場，死區(qū)電壓時，外電場不足以削弱內(nèi)電場，I 0 I（mA）正向正向死區(qū)電壓死區(qū)電壓 Si 0.5V Ge 0.1V反向反向U（V）1.2.2 二極管的二極管的特性曲線特性曲線 U IPNI（mA）正向正向?qū)妷簩?dǎo)通電壓 UD Si 0.7V Ge 0.3V反向反向U（V）（1）當(dāng)）當(dāng)|U| U(BR)（反向擊穿電壓）（反向擊穿電壓）時，二極管只存在時，二極管只存在少數(shù)載流子漂移，從而形成少數(shù)載流子漂移，從而形成較小的反向飽和電流較小的反向飽和電流 2 2、 U U(BR)，少數(shù)

24、載流子的高速運(yùn)動將其他少數(shù)載流子的高速運(yùn)動將其他被束縛的價(jià)電子撞擊出來被束縛的價(jià)電子撞擊出來，如此形成連鎖反應(yīng)，如此形成連鎖反應(yīng)，使得二極管中載流子劇增，形成很大的反向電使得二極管中載流子劇增，形成很大的反向電流流反向擊穿反向擊穿 U IPN IP PN N內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向外電場方向外電場方向 I（mA）正向正向死區(qū)電壓死區(qū)電壓 Si 0.5V Ge 0.1V反向反向U（BR）U（V） 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為稱為PN結(jié)的結(jié)的反向擊穿。反向擊穿。iDOVBR D熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆

25、雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿1、最大整流電流、最大整流電流IFM二極管長時間使用時，二極管長時間使用時，允許通過二極管的最大正向平均允許通過二極管的最大正向平均電流電流。當(dāng)電流超過允許值時，。當(dāng)電流超過允許值時，PN結(jié)將過熱而使管子損結(jié)將過熱而使管子損壞壞1.2.3 二極管的二極管的主要參數(shù)主要參數(shù)2、反向工作峰值電壓、反向工作峰值電壓URM一般為反向擊穿電壓的一半或三分之二一般為反向擊穿電壓的一半或三分之二3、反向電流、反向電流IR二極管上未擊穿時的反向電流值。二極管上未擊穿時的反向電流值。如果該值大，則說明二極管的單向?qū)щ娦阅懿睢Ｈ绻?/p>

26、該值大，則說明二極管的單向?qū)щ娦阅懿?。I（mA）正向正向反向反向反向峰值反向峰值電壓電壓U（BR）U（V）反向峰值反向峰值電流電流5、最高工作頻率、最高工作頻率fM4、極間電容、極間電容Cj 1. 理想模型理想模型3. 折線模型折線模型 2. 恒壓降模型恒壓降模型1.2.4 二極管的二極管的電路模型電路模型含二極管電路的計(jì)算含二極管電路的計(jì)算1 1、一般可將二極管視為理想元件（、一般可將二極管視為理想元件（死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓均認(rèn)為是零，反向電流為零均認(rèn)為是零，反向電流為零） I（mA）正向正向反向反向U（BR）U（V） 死區(qū)電壓死區(qū)電壓I（mA）正向正向U（BR）U（V）反向

27、反向（1 1）正向?qū)〞r，二極管元件上的正向?qū)▔航悼桑┱驅(qū)〞r，二極管元件上的正向?qū)▔航悼?認(rèn)為是零，正向電阻為零（將其視為短路）認(rèn)為是零，正向電阻為零（將其視為短路）（2 2）反向截止時，二極管反向電阻無窮大，反向電）反向截止時，二極管反向電阻無窮大，反向電流為零（開路）流為零（開路）PNPN2 2、含二極管電路的分析方法、含二極管電路的分析方法（1 1）對于含一個二極管的電路，先將二極管從電路中）對于含一個二極管的電路，先將二極管從電路中分離出來，求出其陽、陰兩極的開路電壓，如果該電壓分離出來，求出其陽、陰兩極的開路電壓，如果該電壓大于零，則二極管導(dǎo)通，否則截止。大于零，則二極管導(dǎo)通

28、，否則截止。解：將解：將D開路，求其兩端開路電壓開路，求其兩端開路電壓U， 若若U0，則，則D導(dǎo)通；反之導(dǎo)通；反之D截止。截止。故故D導(dǎo)通，導(dǎo)通，Uo=0V 02212 VRRREU+ U2R1R 100E4V 100例例1 已知已知D為理想二極管，求為理想二極管，求Uo=？ +oU2RD1R 100E4V 1000V2212 RRREU故故D截止，截止，Uo= -2V 例例2 若若E= 4V，求，求Uo=？ +oU2RD1R 100E4V 100+ U2R1R 100E4V 100例例3 若將若將E改為改為ui，求求uotiuii21221uuRRRu 解：解：tou+ou2RD1R 100

29、 100iu止止若若D0,0,i uuii212o21uuRRRu 0D0,0,oi uuu通，通，若若iU2toU2t例例4 4 已知已知 ，畫，畫 的波形。的波形。 V5Vsin10iEtu，ou5iDO uu解：解：思考：畫電阻兩端電壓的波形？思考：畫電阻兩端電壓的波形？ ioDOiD, 0,V5uuuu 截截止止，若若V5D, 0,V5oDOi uuu導(dǎo)通，導(dǎo)通，若若RiuIouDE Dut iu5（2 2）如果電路中含多個二極管，則應(yīng)斷開所有二極管，）如果電路中含多個二極管，則應(yīng)斷開所有二極管，求出各管所承受的電壓，求出各管所承受的電壓，其中承受正向電壓最大者優(yōu)先其中承受正向電壓最大

30、者優(yōu)先導(dǎo)通導(dǎo)通，遂將其短路，接著再分析其他二極管。，遂將其短路，接著再分析其他二極管。解：將兩個二極管全部斷開，求開路電壓解：將兩個二極管全部斷開，求開路電壓例例5 5 求輸出電壓求輸出電壓UooU k3D1D2+9V3V6V k3+9V3V6V+U1U2先先導(dǎo)導(dǎo)通通優(yōu)優(yōu)先先導(dǎo)導(dǎo)通通，即即兩兩端端電電壓壓大大的的221DD639 369VUVU k3+9V3V6V+U1U2 k3+9V3V6V+U1的的情情況況，重重新新來來判判斷斷導(dǎo)導(dǎo)通通后后可可將將其其視視為為短短路路12DDD1 1 是否也導(dǎo)通是否也導(dǎo)通V3 DV363o11UU截止，故此時， k3+9V3V6V+U1oU1.2.5 特殊

31、二極管特殊二極管 除普通二極管外，還有許多特殊二極管，除普通二極管外，還有許多特殊二極管，如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等。如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等。 穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，其伏安特性與普通二極管的差異：其伏安特性與普通二極管的差異：（1）反向特性曲線較陡反向特性曲線較陡（2）反向擊穿是可逆的（工作于反向擊穿區(qū)）反向擊穿是可逆的（工作于反向擊穿區(qū)）UI/mAIZmaxIZminIZUZUZ一、穩(wěn)壓管簡介一、穩(wěn)壓管簡介 U I DZ二、主要參數(shù)二、主要參數(shù)1、穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電壓zU穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時管子兩端的電壓值管子兩端的電壓值U

32、I/mAIZmaxIZminIZUZUZUZ + UZZUU U IZDZZZIUr 3、動態(tài)電阻、動態(tài)電阻 2、電壓溫度系數(shù)、電壓溫度系數(shù)U 溫度每變化溫度每變化1C時電壓變化的時電壓變化的百分?jǐn)?shù)，表明穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性百分?jǐn)?shù)，表明穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性%100ZZU UU UI/mAIZmaxIZminIZUZUZ5、最大穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流ZMI4、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流ZI6、最大耗散功率、最大耗散功率PZM= UZ IZM穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時流過的穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時流過的參考電流值參考電流值，實(shí)際電流值，實(shí)際電流值應(yīng)略大于這個值應(yīng)略大于這個值穩(wěn)壓管允許通過的最大電流穩(wěn)壓管允許通過的最大電流UI/

33、mAIZmaxIZminIZUZUZ三、含穩(wěn)壓二極管電路的分析方法三、含穩(wěn)壓二極管電路的分析方法(1)(1)含一個穩(wěn)壓管的電路，先求出其陽陰兩極的開路電壓含一個穩(wěn)壓管的電路，先求出其陽陰兩極的開路電壓UO 當(dāng)當(dāng)UO 0 時同普通二極管時同普通二極管 當(dāng)當(dāng) UzUO 0 時反向截止時反向截止U= UO 當(dāng)當(dāng) UO Uz 時反向擊穿時反向擊穿 U= UzUI/mAIZMIZIZUZUZ U IZD+ UZ DZR oUIZD U限流電阻限流電阻例例1 已知已知UZ=5V， UD=0.6V，求，求Uo=？U=10V；U= 10V；U=4V解解: (1)當(dāng)當(dāng)U=10V時，時， UDO= 10V，穩(wěn)壓管

34、反向擊穿，穩(wěn)壓管反向擊穿， Uo= UZ=5VR oUI U DOU oUIZD U+ UZ(2)當(dāng)當(dāng)U= 10V時，穩(wěn)壓管正向?qū)?，時，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ?Uo= UD= 0.6V(3)當(dāng)當(dāng)U=4V時，穩(wěn)壓管時，穩(wěn)壓管UDO= 4V反向截止反向截止， Uo= 4VR oUIZD U DUR oUIZD U U=10V； U= 10V； U=4V UR oUIZ1DZ2DABO解：首先分析解：首先分析BO支路的電流。只可能出現(xiàn)兩種情形：支路的電流。只可能出現(xiàn)兩種情形： 1、有電流，則兩個穩(wěn)壓管一個反向擊穿，一個正向?qū)ā⒂须娏?，則兩個穩(wěn)壓管一個反向擊穿，一個正向?qū)?、沒有電流，則兩個穩(wěn)壓管均截

35、止。、沒有電流，則兩個穩(wěn)壓管均截止。例例2 已知已知UZ=5V， UD=0.6V，求，求Uo=？（1）當(dāng)）當(dāng)U=10V時，令時，令O點(diǎn)電位為零，點(diǎn)電位為零，假設(shè)假設(shè)2個穩(wěn)壓管個穩(wěn)壓管均截止均截止，則，則UA 0.5V，則，則DZ1反向擊穿，反向擊穿， UA=5V, DZ2正向?qū)ㄕ驅(qū)║o= UZ + UD =5.6V UR oUIZ1DZ2DABO U oUIZ1DZ2DO ZU DU假設(shè)假設(shè)2個二極管均截止，則個二極管均截止，則UA Uz 時，時， UO = Uz 當(dāng)當(dāng) U Uz 時，截止時，截止UO =U 當(dāng)當(dāng) U VBB）c區(qū)：收集電子區(qū)：收集電子e區(qū)：發(fā)射電子區(qū)：發(fā)射電子b區(qū)：電子

36、的擴(kuò)散、復(fù)合區(qū)：電子的擴(kuò)散、復(fù)合BCE EI RBVBBRCVCCNNP CIBI電流放大的機(jī)理電流放大的機(jī)理（1）E區(qū)的多數(shù)載流子（電區(qū)的多數(shù)載流子（電子）向子）向B區(qū)擴(kuò)散，同時從電區(qū)擴(kuò)散，同時從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，從而形成發(fā)源補(bǔ)充進(jìn)電子，從而形成發(fā)射極電流射極電流 IE（2）在）在B區(qū)，擴(kuò)散來的電子少部分與區(qū)，擴(kuò)散來的電子少部分與B區(qū)的空區(qū)的空穴相復(fù)合，穴相復(fù)合，大部分繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散大部分繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散BCE EI RBVBBRCVCCNNP CIBI電子不斷涌進(jìn)基區(qū)，只能由電子不斷涌進(jìn)基區(qū)，只能由基極電源基極電源VBB正端不斷地從正端不斷地從基區(qū)引出電子，從而形成基區(qū)引出電子，從而形成

37、IB擴(kuò)散和復(fù)合同時進(jìn)行擴(kuò)散和復(fù)合同時進(jìn)行，電流放大取決于，電流放大取決于兩者的比例兩者的比例 希望希望擴(kuò)散擴(kuò)散 復(fù)合復(fù)合，因此基區(qū)很薄，摻雜濃度小，因此基區(qū)很薄，摻雜濃度小BCE EI RBVBBRCVCCNNP CIBI（3）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散來的電子）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散來的電子BCE EI RBVBBRCVCCNNP CIBI集電結(jié)反偏，內(nèi)部電場得到增強(qiáng)集電結(jié)反偏，內(nèi)部電場得到增強(qiáng)P PN NC CB B+ +_ _電子被大量吸引到電子被大量吸引到C區(qū)，電源區(qū)，電源 VC C不斷不斷從從C區(qū)移走電子，從而形成區(qū)移走電子，從而形成 IC通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：（1

38、）IE = IB + IC ； 這是因?yàn)閺陌l(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子，只有極少部分這是因?yàn)閺陌l(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子，只有極少部分與基區(qū)的空穴相復(fù)合，絕大部分被集電區(qū)所收集與基區(qū)的空穴相復(fù)合，絕大部分被集電區(qū)所收集BCEI RBVBBRCVCCNNP CIBI共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù) BCII BCEIII 且且IB(mA)00.020.040.060.080.10IC (mA)0.0010.71.52.303.103.95IE (mA)0.0010.721.542.363.184.05ECII 發(fā)射極注入電流發(fā)射極注入電流傳輸?shù)郊姌O的電流傳輸?shù)郊姌O的電流 （2）微小的）微小

39、的 IB 會引起比較大的會引起比較大的IC此即晶體管的電流放大作用此即晶體管的電流放大作用晶體管交流電流放大倍數(shù)晶體管交流電流放大倍數(shù) BCII IB(mA)00.020.040.060.080.10IC (mA)0.0010.71.52.303.103.95IE (mA)0.0010.721.542.363.184.05 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件：（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射

40、區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。NPN 和和PNP 型晶體管在放大工作狀態(tài)時各個電流的實(shí)型晶體管在放大工作狀態(tài)時各個電流的實(shí)際方向和各個電壓的極性際方向和各個電壓的極性NPN型型 CEUCI BEUBIEI CBE+ _ + _ CEUCI BEUBIEI CBE+ _ + _ PNP型型EBCUUU EBCUUU 0BECE UU0CEBEBECE均小于均小于和和UUUU CEUCI BEUBI1.3.3 特性曲線（以特性曲線（以NPN管為例）管為

41、例）一、輸入特性曲線一、輸入特性曲線V2CE)BE(B1 UUfIV3CE)BE(B2 UUfI常數(shù)常數(shù) CE)BE(BUUfI常數(shù)常數(shù) CE)BE(BUUfI并并聯(lián)聯(lián)的的正正向向伏伏安安特特性性時時，可可視視為為兩兩個個二二極極管管0VCE UBCEI RBVBBRCVCCNNP CIBI曲曲線線右右移移下下同同一一，電電子子能能力力集集電電結(jié)結(jié)開開始始反反偏偏，收收集集,BBECE iuU常數(shù)常數(shù) CE)BE(BUUfI集電結(jié)可以把擴(kuò)散到基區(qū)的電子中的大部分拉入集集電結(jié)可以把擴(kuò)散到基區(qū)的電子中的大部分拉入集電區(qū)，只要電區(qū)，只要UBE不變，則即使不變，則即使UCE再增大，再增大， IB也不會

42、也不會有明顯的改變。有明顯的改變。)7 . 0V1BECE UBCU已已經(jīng)經(jīng)反反向向偏偏置置（時時，集集電電結(jié)結(jié)BCEI RBVBBRCVCCNNP CIBIBCEI RBVBBRCVCCNNP CIBI時所有曲線幾乎重合時所有曲線幾乎重合V1CE UA)(B I(V)BEU1VCE U208060400.20.40.6晶體管也存在晶體管也存在死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管的死區(qū)電壓約為硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管為，鍺管為0.1V正常工作時正常工作時鍺管的發(fā)射結(jié)電壓約為鍺管的發(fā)射結(jié)電壓約為0.3V 硅管的發(fā)射結(jié)電壓約為硅管的發(fā)射結(jié)電壓約為0.7V死區(qū)電壓死區(qū)電壓A)(B I(V)BEU1VCE U208060400.20.40.6 二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線 常數(shù)常數(shù) B)CE(CIUfI CEUCI BEUBI8060A10040200 BI(V)CEU(mA)CI102520155CEOIBCBC IIII ，1、放大區(qū)、放大區(qū)曲線族中近似曲線族中近似平行于橫軸的部分平行于橫軸的部分條件：條件：發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏集